8. Calidad de la potencia

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8. Calidad de la potencia

Anibal T. De Almeida

Día 2

Temario

• Niveles de tensión • Desequilibrio de la tensión • Factor de potencia • Armónicos

ISR-Universidad de Coímbra 2

Calidad de la potencia

1. Mantener los niveles de

tensión Cuando se trabaja a menos del 95% de la tensión de diseño, es normal que los motores pierdan entre 2 y 4 puntos de eficiencia. Hacer funcionar un motor por debajo de su tensión de diseño también reduce su factor de potencia y su eficiencia


Efecto de la variación de tensión en el rendimiento de los motores



REDUCCIÓN DE LA AMPLITUD LA TENSIÓN

EFECTOS: REDUCCIÓN DE LA EFICIENCIA, CAMBIOS EN PAR-VELOCIDAD, REDUCCIÓN DE LA VIDA ÚTIL DEL MOTOR SI ESTÁ FUNCIONANDO A PLENA CARGA.

TRANSITORIOS DE TENSIÓN

EFECTOS: REDUCCIÓN DE LA VIDA ÚTIL DEBIDO A LAS SOBRETENSIONES Y A LAS DESCARGAS PARCIALES.



Típica curva del factor de potencia en función de la

carga Fuente: IEC 60034-31

2. Mantener un factor de

potencia alto Un factor de potencia bajo reduce

la eficiencia del sistema de distribución eléctrica tanto dentro como fuera de la instalación. Un

factor de potencia bajo surge cuando se operan los motores de inducción a una carga inferior a la

plena carga.

Calidad de la potencia Sistema equilibrado

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Desequilibrio de la tensión Definición: El desequilibrio de la tensión está dado por:

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%𝑉𝑉 =𝑚á𝑥.𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑 𝑙𝑑 𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑 𝑙𝑑 𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑 × 100

Ejemplo

L1 = 600 V L2 = 585 V L3 = 609 V

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𝑇𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑 = 600 + 585 + 609

3= 598 V

𝑀á𝑥.𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑 𝑙𝑑 𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑 = 598 − 585 = 13 𝑉

𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫 𝒅𝑫 𝑫𝒍 𝒕𝑫𝒕𝑫𝑫𝑑𝒕 =𝟏𝟏𝟓𝟓𝟓

× 𝟏𝟏𝟏 = 𝟐,𝟏𝟏%

Calidad de la potencia 3. Minimizar el desequilibrio de fase

Un sistema desequilibrado aumenta las pérdidas del sistema de distribución y reduce la eficiencia de los motores.


DESEQUILIBRIO DE LA TENSIÓN(%)

DERR

ATEO

(%)

Ejercicio • Supongamos que tenemos un motor de 100 kW que

funciona al 75 % de la carga, 8000 horas al año y a un desequilibrio de tensión del 2,5 %

• Calcular los ahorros si se adoptaran medidas correctoras

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Ejercicio

Ahorros = 100 x 0,75 x 8000 x (1/0,939 - 1/0,952 ) = = 9000 kWh

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Calidad de la potencia 4. Mantener la calidad de la potencia El uso de potencia con formas de onda distorsionadas

degrada la eficiencia del motor.


FACTOR DE TENSIÓN ARMÓNICO (%)

PO

TEN

CIA

DIS

PO

NIB

LE

(%)



CAUSAS: Variadores de velocidad, rectificadores, controladores de tensión, cargas de impedancia variable, carga de núcleo saturado (transformadores).

EFECTOS: factor de potencia bajo; mayores pérdidas y menor vida útil de cables y líneas; aumento de la corriente de neutro; aumento de las pérdidas en la maquinaria eléctrica; aumento de las vibraciones y del ruido acústico de los motores.

La distorsión de la tensión puede cuantificarse mediante la distorsión armónica total, THD:

2

2

n

kk

RMS

VTHD

V==∑

Tipos de armónicos • Secuencia negativa - 5º, 11º, 17º... • Secuencia positiva - 7º, 13º , 19º...

En sistemas desequilibrados con conductor neutro • Triple (homopolar)-3º, 6º, 9º ...


Calidad de la potencia 5. Seleccionar transformadores eficientes Instalación de transformadores reductores eficientes y del tamaño

adecuado. Los transformadores antiguos, subcargados o sobrecargados suelen ser ineficientes.

6. Identificar y eliminar las pérdidas del sistema de distribución Compruebe regularmente que no haya conexiones malas, ni tomas a

tierra deficientes, ni cortocircuitos a tierra. Este tipo de problemas suelen originar pérdidas de energía y peligros y reducen la fiabilidad del sistema.

7. Minimizar la resistencia del sistema de distribución En las construcciones nuevas o cuando se renueva el cableado, hay que

dimensionar adecuadamente los cables eléctricos que alimentan a los motores y están activos a casi plena carga durante muchas horas. Esta práctica minimiza las pérdidas de las líneas y las caídas de tensión.


Costos de la calidad de la potencia Costos directos

• Daños en el equipo

• Pérdidas en la producción y en la materias primas

• Costos salariales durante los periodos no productivos

• Costos de nueva puesta en funcionamiento

Costos indirectos • Incapacidad para cumplir con los plazos

• Pérdida de encargos futuros

Problemas no materiales • Inconvenientes que no pueden expresarse en dinero, como no poder

escuchar la radio o mirar televisión

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Costos de la calidad de la potencia

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• Business Week (1991) – 26 mil millones de USD al año en los Estados Unidos

• EPRI (1994) – 400 mil millones de USD al año en los Estados Unidos

• Departamento de Energía de los Estados Unidos (1995) – 150 mil millones de USD al año para Estados Unidos.

• Fortune Magazine (1998) - Cerca de 10 mil millones de USD al año en los Estados Unidos

• E Source (2001) - Entre 6.000 y 80.000 USD anuales por instalación para industrias de procesos continuos, servicios financieros y procesamiento de alimentos en los Estados Unidos.

• European Copper Institute (2001) – 10 mil millones de EUR al año en la UE en la industria y el comercio.


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Mínimo Máximo Industrial Fabricación de automóviles 5 7,5 Goma y plásticos 3 4,5 Textiles 2 4 Papel 1,5 2,5 Impresión (prensa) 1 2 Petroquímica 3 5 Fabricación de metales 2 4 Vidrio 4 6 Minería 2 4 Procesamiento de alimentos 3 5 Farmacéutica 5 50 Electrónica 8 12 Fabricación de semiconductores 20 60 Servicios Comunicación, procesamiento de la información 2 3

Hospitales, bancos, servicios públicos 0,5 1 Restaurantes, bares, hoteles 0,1 0,5 Tiendas comerciales 1 10

Costo de la interrupción momentánea (1 minuto)

en $/demanda de kW

Fuente: Electrotek Concepts

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Costos de las interrupciones con respecto a la duración

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Gracias

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